Ru‐ and Cl‐Codoped Li3V2(PO4)3 with Enhanced Performance for Lithium‐Ion Batteries in a Wide Temperature Range

材料科学 锂(药物) 电化学 扩散 大气温度范围 离子 阴极 兴奋剂 氧化还原 分析化学(期刊) 化学工程 物理化学 电极 光电子学 化学 热力学 有机化学 工程类 内分泌学 物理 冶金 医学
作者
Min-Xia Liang,Longgang Li,Xiang Cui,Shuo Qi,Lei Wang,Hanghang Dong,Xianfei Chen,Yong Wang,Shuangqiang Chen,Guoxiu Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (29) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/smll.202202151
摘要

Li3 V2 (PO4 )3 (LVP) is a promising cathode material for lithium-ion batteries, especially when used in a wide temperature range, due to its high intrinsic ionic mobility and theoretical capacity. Herein, Ru- and Cl-codoped Li3 V2 (PO4 )3 (LVP-Rux -Cl3x ) coated with/without a nitrogen-doped carbon (NC) layer are synthesized. Among them, the optimized sample (LVP-Ru0.05 -Cl0.15 @NC) delivers remarkable performances at both room temperature and extreme temperatures (-40, 25, and 60 °C), indicating temperature adaptability. It achieves intriguing capacities (49 mAh g-1 at -40 °C, 128 mAh g-1 at 25 °C, and 123 mAh g-1 at 60 °C, all at 0.5 C), long cycle life (94% capacity retention after 2000 cycles at 25 °C and 5 C), and high-rate capabilities (up to 20 C). The structural evolution features and capacity loss mechanisms of LVP-Ru0.05 -Cl0.15 @NC are further investigated using in situ X-ray diffraction (XRD) at different temperatures (-10, 25, and 60 °C) during redox reactions. Theoretical calculations elucidate that Ru- and Cl-codoping can greatly improve the intrinsic diffusion coefficient of LVP by reducing its bandgap energy and lowering the energy barrier of lithium-ion diffusion. In "all-weather" conditions, the dual-element co-doping strategy is critical for increasing electrochemical performance.
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